科学家发现果蝇和人类共有的一种蛋白质对于支持神经元投射以建立电路连接的轴突结构至关重要。
在麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所进行的一项研究中，研究人员发现一种名为基底膜蛋白聚糖的蛋白质在维持神经元结构完整性方面发挥着至关重要的作用。基底膜蛋白是细胞周围细胞外基质的一部分，有助于细胞在支持性但非刚性的环境中发育。研究表明，如果没有基底膜聚糖，轴突(用于连接的神经元的长突起)可能会在发育过程中分裂，导致突触(神经元连接)亡。
也许神经元最明显的特征是称为轴突的长分支，它远离细胞体与其他神经元或肌肉连接。如果那个又长又薄的突起看起来很脆弱，麻省理工学院的一项新研究表明，它的结构完整性可能确实需要周围一种称为基底膜蛋白的蛋白质的支持。皮考尔学习与记忆研究所的研究人员发现，如果果蝇中没有这种蛋白质，轴突片段可能会在发育过程中分裂，并且它们形成的连接或突触最终会消失。
基底膜蛋白有助于使细胞外基质、蛋白质和细胞周围的其他分子变得稳定和灵活，以便细胞可以在支持性而不僵化的环境中发育和发挥作用。
“我们发现神经周围的细胞外基质正在发生改变，基本上导致神经完全断裂。神经断裂最终导致突触缩回，”该研究的资深作者特洛伊·利特尔顿(Troy Littleton)说，他是麻省理工学院生物系、脑与认知科学系的 Menicon 教授。
断裂神经轴突内的微管
麻省理工学院的研究人员发现，一种名为 Perlecan 的蛋白质是维持神经元轴突结构完整性的关键。在论文中的这张图中，在缺乏基底膜蛋白的果蝇幼虫的后期发育过程中，断裂的神经轴突内的微管被误导和缠结。图片来源：利特尔顿实验室/Picower 研究所提供。
人类至少需要一些基底膜蛋白才能在出生后生存。减少但不能消除基底膜蛋白聚糖的突变会导致施瓦茨-詹佩尔综合征，患者会出现神经肌肉问题和骨骼异常。利特尔顿说，这项新研究可能有助于解释神经元在这种情况下如何受到影响，并加深科学家对细胞外基质如何支持轴突和神经回路发育的理解。
Ellen Guss 博士 '23 最近就这项工作进行了博士论文答辩，她领导的这项研究于 6 月 8 日发表在《eLife》杂志上。
起初，她和利特尔顿并没有想到这项研究会产生关于轴突发育耐久性的新发现。相反，他们正在研究一种假设，即基底膜蛋白可能有助于组织突触中的一些蛋白质成分，而突触是苍蝇神经发育来与肌肉连接的。但当他们敲除果蝇中编码基底膜蛋白的“trol”基因时，他们发现神经元似乎在幼虫发育的后期“收缩”许多突触。突触连接的肌肉一侧的蛋白质仍然存在，但连接的神经元一侧却消失了。这表明基底膜蛋白的作用比他们最初想象的更大。